Analysis of environmental conditions and the dispersion of effluent plumes in the south-central coastal region of São Paulo State using numerical modeling

A região de estudo está localizada no litoral centro do Estado de São Paulo, engloba a área de proteção ambiental do Parque Estadual Marinho da Laje de Santos, e sofre a influência de três emissários submarinos e de lançamentos de esgotos pelo Rio Itanhaém. O objetivo deste trabalho foi o de analisar as condições ambientais e a dispersão das plumas de efluentes emitidas pelos emissários submarinos de Praia Grande e do Rio Itanhaém, quanto à concentração de potenciais poluentes, por meio de modelagem numérica. Objetivos secundários compreendem o interesse no conhecimento das variabilidades espaço-temporais da hidrodinâmica costeira e dos processos de dispersão das plumas de efluentes, através de simulações numéricas, incluindo a avaliação dos resultados de concentrações de indicadores de qualidade da água diante dos níveis máximos estabelecidos pelas Resoluções N.º 274/2000 e N.º 357/2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente. Para tanto, foram utilizados os módulos hidrodinâmico e de qualidade da água do modelo Delft3D, bem como o modelo Visual Plumes. Os resultados das simulações hidrodinâmicas foram concordantes com as feições hidrodinâmicas estabelecidas na literatura e foram validados com alto grau de confiabilidade. A modelagem de campo próximo mostrou a influência das correntes de maré e das correntes geradas pelo vento no transporte e na diluição inicial das plumas de efluentes dos emissários submarinos, onde o transporte por correntes geradas pelo vento permitiu uma diluição mais eficiente. Os resultados da modelagem de campo distante das plumas dos emissários submarinos e do Rio Itanhaém indicaram que estas plumas não afetam a qualidade da água do Parque Estadual Marinho da Laje de Santos; e que a concentração dos indicadores de qualidade da água selecionados (Escherichia coli, amônio, nitrato e fosfato) não ultrapassa os limites máximos estabelecidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente ao atingir o litoral. Uma vez que a literatura aponta que as praias locais são frequentemente classificadas com balneabilidade imprópria e com má qualidade da água, os córregos que despejam esgoto bruto e não tratado diretamente nas praias podem ser apontados como os responsáveis pela contaminação ambiental do litoral da região de estudo. O modelo de qualidade da água foi validado, apesar de algumas diferenças nas comparações entre seus resultados e amostragens in situ. Foi observado que a região de estudo necessita de mais investimentos em saneamento básico e maior conscientização da população para combater a poluição ambiental local, especialmente o despejo de esgotos em córregos e praias.The study region is located in the central coast of São Paulo, encompasses the area of environmental protection of Laje de Santos Marine State Park, and is influenced by three outfalls and sewage releases by Itanhaém River. The objective of this study was to analyze the environmental conditions and the dispersion of effluent plumes emitted by Praia Grandes submarine outfalls and Itanhaém River, concerning the concentration of potential pollutants, through numerical modeling. Secondary objectives are related to interest in the knowledge of the spatial-temporal variability of coastal hydrodynamics and processes of effluent plumes dispersion, through numerical simulations, including the evaluation of water quality indicators concentrations results as compared to the maximum levels established by the National Environmental Council Resolutions N.º 274/2000 and N.º 357/2005. For that, Delft3D models hydrodynamic and water quality modules were used, as well as the Visual Plumes model. Results of hydrodynamic simulations were consistent with the hydrodynamics features established in the literature and have been validated with a high degree of reliability. The near-field modeling showed the influence of tidal currents and wind-driven currents in the transport and initial dilution of effluent plumes from the submarine outfalls, where transport by wind-driven currents allowed a more efficient dilution. The far-field modeling results of the plumes from the submarine outfalls and Itanhaém River showed that those plumes dont affect the water quality of Laje de Santos Marine State Park; and the selected water quality indicators concentrations (Escherichia coli, ammonium, nitrate and phosphate) do not exceed the maximum levels established by the National Environmental Council when reaching the shore. Once the literature indicates that the local beaches are often classified as inappropriate for bathing and with bad water quality, streams that dump raw and untreated sewage directly on the beaches can be identified as the responsible for the environmental contamination of the study areas shore. The water quality model was validated, despite some differences in the comparisons between its results and in situ sampling. It was observed that the study area needs more investments in basic sanitation and greater awareness of the population to tackle local environmental pollution, especially the dumping of sewage into streams and beaches